Contactelektrificatie kan optreden wanneer fysiek contact optreedt tussen twee materialen. In een nieuw rapport dat nu is gepubliceerd op Science Advances , Ding Li, en een team van wetenschappers in nanowetenschap, nano-energie en materiaalwetenschap in China en de VS, gedetailleerde atomaire fotonenemissiespectra tussen twee vaste materialen. Elektronenoverdracht kan plaatsvinden op het grensvlak van een atoom in het ene materiaal naar een ander atoom in een ander materiaal, naast fotonemissie, tijdens contactelektrificatie.

Dit proces kan helpen door contactelektrificatie geïnduceerde interface fotonenemissiespectroscopie (CEIIPES) om spectroscopie te detecteren die overeenkomt met contactelektrificatie op een interface, en het bewustzijn van interacties tussen vaste stoffen, vloeistoffen en gassen te beïnvloeden. De fysica van dit onderzoek kan worden uitgebreid tot röntgenstraling, Auger-elektronenexcitatie en elektronenemissie tijdens contactelektrificatie, wat nog moet worden onderzocht. Het werk leidt tot een algemeen veld dat bekend staat als contactelektrificatie-geïnduceerde interface-spectroscopie (CEIIS).

Tribo-elektrificatie

Contactelektrificatie is een wetenschappelijke term die wordt gebruikt voor het bekende fenomeen tribo-elektrificatie en definieert de ladingen die worden geproduceerd door fysiek contact. Het concept is universeel in zowel het dagelijks leven als in de natuur en komt voor tussen schoenen en de grond, wanneer wolken in de lucht bewegen en wanneer de aarde schudt. Hoewel het proces meer dan 2600 jaar geleden voor het eerst werd geregistreerd, debatteren wetenschappers nog steeds over het mechanisme achter het proces. Onderzoek in het veld is geëvolueerd met moderne technologieën om de ware complexiteit van het fenomeen te beschrijven, hoewel sommige observaties onverklaarbaar of tegenstrijdig zijn. In dit werk observeerden Li et al. atomaire fotonenemissiespectra tijdens contactelektrificatie op een vast-vast grensvlak door contact te maken met gefluoreerd ethyleenpropyleen (FEP) met acryl of FEP met kwarts. Vergeleken met triboluminescentie kan de karakteristieke fotonenemissie die wordt geïnduceerd door contactelektrificatie overvloedige informatie bevatten over de energiestructuur op grensvlakken. Li et al. suggereerden drie mogelijke fysieke processen om fotonenemissie te begrijpen die voortkomt uit elektronenlading die tijdens ladingelektrificatie wordt overgedragen. Het proces staat bekend als contactelektrificatie-geïnduceerde interface-fotonspectroscopie (CEIIPES) en kan onderzoekers in staat stellen elektronische overgangen te bestuderen op vaste-vaste interfaces.

Li et al vormden de kerndelen van een holle cilinder tussen een metalen deksel en een metalen basis, waarbinnen ze vier metalen ventilatoren aandreven met behulp van een motor. Het team bevestigde de materialen voor contactelektrificatie (CE) aan de metalen ventilatoren of aan de cilinder, en veroorzaakte CE op de interface tijdens het draaien van de ventilator. Ze maten de druk met behulp van een drukmotor en regelden de differentiële stroom van de inlaat en uitlaat van de vacuümkamer door middel van flowmeters. Als een fotonsignaal afkomstig was uit de kern, konden ze het opnemen met behulp van een spectrometer met een gevoelige ladingsgekoppelde apparaatdetector. Li et al merkten fotonemissie op die verband houdt met de fysieke processen van CE. Fotonenemissies met atomaire spectra-kenmerken werden bijvoorbeeld geassocieerd met elektronenovergangen tijdens contactelektrificatie en de wetenschappers definieerden dit fenomeen als contactelektrificatie inducerende interface-fotonenemissiespectroscopie (CEIIPES).

Fysieke processen van elektronenoverdracht

Het team illustreerde vervolgens de fysieke processen die ten grondslag liggen aan fotonenemissielijnen ten opzichte van de energieniveaus en elektronenovergangen in de opstelling. Toen het FEP-materiaal bijvoorbeeld in contact kwam met kwarts, traden er elektronenovergangen op voor deze materialen, waaronder overgangen tussen atomen zoals waterstof en zuurstof aan het oppervlak van kwarts. Het team vatte de mogelijke fysieke routes voor elektronenovergangen tussen verschillende atomen tijdens contactelektrificatie samen en merkte twee mogelijke methoden op voor elektronenovergang naar aangeslagen toestanden, waaronder (1) elektronenovergang van moleculaire baan naar de aangeslagen toestand van een atoom, of (2) de excitatie van een atoom van een lager energieniveau naar een hoger energieniveau in een atoom. Bovendien kan een elektron in aangeslagen toestand naar een lager energieniveau gaan door een foton uit te zenden. Contactelektrificatie geïnduceerde interface fotonenemissiespectroscopie (CEIIPES) verschilt van fluorescentiespectra voor moleculen, waarbij CEIIPES wordt geassocieerd met fotonenemissie ten opzichte van elektronenoverdracht tussen twee atomen. Ter vergelijking:fluorescentiespectra zijn geassocieerd met elektronenovergang tussen moleculaire niveaus met veel trillingsniveaus. Het team benadrukte vervolgens de rol van het waterstofatoom tijdens contactelektrificatie, waarbij H-atomen een unieke rol speelden tijdens de experimenten. De huidige studies toonden alleen fotonenemissie aan ten opzichte van CEIIPES op vaste-vaste grensvlakken, het team is van plan de methode te gebruiken en interessantere verschijnselen te onthullen bij vast-vloeistof, vast-gas, gas-gas en gas-vloeistof, evenals vloeistof- vloeibare grensvlakken.

Vooruitzichten

Op deze manier observeerden Ding Li en collega's atomaire fotonenemissiespectra tijdens contactelektrificatie tussen twee vaste stoffen. Tijdens het werk werden elektronen overgedragen van het ene atoom van een specifiek materiaal naar een ander atoom in een ander materiaal op het grensvlak tijdens contactelektrificatie in een proces dat bekend staat als contactelektrificatie-geïnduceerde interface fotonenemissiespectroscopie (CEIIPES). Het proces vond plaats door overdracht van energieresonantie wanneer atomen van verschillende materialen dicht bij elkaar werden gebracht. Het team analyseerde de processen die ten grondslag liggen aan contactelektrificatie om beter te begrijpen hoe twee materialen werden opgeladen na contactelektrificatie om interacties tussen vloeistoffen, vaste stoffen en gassen te beoordelen. Het werk is specifiek voor vaste-stof-interfaces en is van toepassing op meer algemene gevallen zoals röntgenstraling en Auger-elektronenexcitatie. + Verder verkennen

Dynamiek van contactelektrificatie

© 2021 Science X Network